L型钢骨混凝土柱梁柱节点有限元分析.pdf

王超等:L型钢骨混擬土柱梁柱节点有限元分析
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L型钢骨混凝士柱梁柱节点有限元分析
王超,刘可弟,李昂2
1.中铁建工集団国际公司,北京100070;2.解放军理工大学工程兵工程学院,南京210007
〖摘要】运用有限元软件,采用分离式有限元模型,选实体、壳和杆单元分别模拟混凝士、钢骨和钢筋,
建立了三个L型钢骨混凝土柱梁柱节点模型,并考虑材料、几何双重非线性,对三类典型的节点失效模式,即梁饺
型、核心区剪切型以及混合型,进行了深入研究和分析,并总结失效模式特点,妇纳相关影响参数。在此基础上,
选择两类材料强度进行参数分析,得到材料强度对承載力、度等钢骨混凝土柱梁柱节点静力性能的影响。
【关键词)钢骨混凝土;梁柱节点:失效模式;参数分析
中图分类号】TU31.41
文献标识码】B【文章编号】1001-6864(201104-0095-03
由T形L形、Z形、以及十字形截面柱与梁组成
有限元数值分析
的结构称为异形柱框架结构。该类结枘由于填充墙
文中采用大型有限元软件 ANSYS,对L型钢骨混
与柱截面肢厚相同,室内不出现柱楞,从而使房间平凝土梁柱节点失效模式进行分析,并在此基础上对影
整,布置灵活,能有效改蒈住宅的适应性与可变性。响失效模式,以及承载力等静力性能的相关参数进行
异形柱框架梁柱节点,主要是指承重框架中框架梁与深人分析。
框架柱相交的节点核心区与邻近核心区的梁端和1.1有限元模型
柱端。
建立蜂窝状钢骨混凝士L型柱梁柱节点模型,混
文中所研究的蜂窝状钢骨混凝土异形柱体系这凝土采用SOLD65单元,钢骨采用 SHELL181单元,钢
种新型结枃形式,如何合理设计相应的节点形式,保筋采用LNK8单元。混凝土的本构模型采用我国CB
证良好的力学性能和实现简便的施工就显得尤为重50010-2002《混凝土结构设计规范》,钢材本构模型
要。在现有研究成果基础上,对其进行失效模式分采用双直线模型,采用理想弹塑性禛型,不考虑钢材
析,总结得出相关的影响因素,为进一步的试验研究的强化阶段,为加强计算收敛性,塑性段模量取
做准备
0.0001倍的初姈弹性模量。
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理力学指标的对比试验,判定加固效果。
京;人民交通出版社.2009
(8)采用Y射线密度计法。它属于物理探测方
]崔玖江.隧道与地下工程慘建技术[M1.北京:科学出版社
法的一种,在现场可测定土体的密度,用以说明注浆
效果。
[3]夏水旭,王永东。隧道结构力学计算[M」.北京:人民交通出
版社.2004:9.
9)使用电阻率法。将注浆前后对土所测定的『4]」李宁军,曹文费,刘生,道设计与施工百间[M].北京:入民
电阻率进行比较,根据电阻率差说明土体孔隙中浆液
交通出版社.2004
的存在情况。
[5J田英杰,隧道浅埋段软弱围岩加强超前小导管施工技术[]
3结语
山西建筑,2010,(1)
根椐实际注浆数据进行系统和全面的分析,结果
[6]张稽,王建,王复明,董新平,隧道超前小?管对掌子面稳
表明风积砂隧道塌方地段因釆用小导管注浆加固措
性影啕分析[].郑州大学学报,2009,(12
[7]卢义玉,陈凌云,冯卫强,等?错喷支护及小孚管注浆在隧道
施而其土体渗透性和强度效果达到了预期要求,实践
塌方段中的应用[J].重庆大学学报,2009,(5).
证明此塌方预防施工方法具有施工工艺简单,可操作[8]」淄庆.深圳市龙路白石岭隧道塌方处理技术措施[J].西
性强、施工处理快速等特点,同时施工安全可靠,施工
部探矿工程,2009,(5)
方案对策可行,经济效益明显,为类似地质围岩隧道
及其它地下工程预防塌方施工处理技术积累了相关
经验,以备后续建设项目借鉴。
〔收稿日期]2010-12-13
作者简介]张志伟(1979-),男,黑龙江呼兰人,硕士,工程
参考文献
师,研究方向:桥梁与婘道工程。
[1]张庆贺,寥少明,胡向东,隧道与地下工稞灾告防护[M].北
低温建筑技术
2011年第4期(总第154期)
在建立模型的时刻,充分考虑节点的对应和单元分组成,选用分离式有限元模型,建模时暂不在型钢
形状的划分,同时采用 ANSYS自带的APDL参数化命和混凝土之间插人粘结滑移元。混凝土、型钢和钢筋
令程序编写命令流。模型由混凝土、型钢和钢筋三部有限元模型如图1-图3所示。
图1混土网格划分
图2型钢开孔及阿格划分
图3钢筋阿格划分
1.2失效模式分析
程中,钢柱节点核心区域腹板应力较小,而钢梁上下
钢骨混凝土梁柱节点失效模式有三种:梁铰型失翼缘在极限状态时刻进人屈服,塑性变形较大,腹板
效模式、核心区剪切型失效模式以及介于两者之间的上下侧部分区域也进人塑性,很明显这一区域为塑性
混合型失效模式。根据三种失效模式的特点,选择适铰发生区域,节点发生的失效模式为典型的梁铰模
合的参数,建立四个蜂窝状钢骨混凝土L型柱梁柱节式。构件J2在极限状态时刻,钢梁应力较小,而钢柱
点有限元模型,对失效模式进行分析验证,如表1所阶段核心区腹板进人屈服,失效模式为核心区剪切失
示。钢筋保护层厚度取30m,钢骨保护层厚度效。简单的说即钢梁翼缘蝨于柱腹板,为弱节点结构
取45mm
形式。构件J3和J4介于上述两种破坏模式之间,即
运用有限元程序进行数值模拟计算,计算结果如钢梁翼缘和钢柱腹板在极限状态时刻,都发生了屈
图4所示。根据极限状态构件的应力分布图,可以判服,大部分区域进入塑性,为混合型失效模式。
新构件的失效模式。J为梁铰失效模式,整个加载过
表1
有限元模型相关参數
编号h。/mmhr/mmb/mb。/m混凝土等级钢材型号钢梁翼缘钢梁赬板钢柱腹板
J270120270120
C35
Q345
270
0345
J3270120270
Q345
J4270120270120
Q345
6
6(开孔)
k
对比构件J1和2的几何参数,2的钢梁翼缘和合型失效模式。构件J4在于验证开孔对构件失效模
腹板得到加强,钢柱腹板相对削弱,故原本发生梁铰式的影响,计算结果表明:腹板核心区开孔对腹板削
失稳的节点转而发生核心区剪切破坏。对比构件J2弱明显,使得原本发生梁铰失稳的强节点变为发生混
和3的几何参数,仅对钢梁腹板进行加强,故发生混合型失效模式的弱节点。
?4构件极限状态时刻钢骨应力分布
简而言之,决定节点失效模式的因素为钢梁翼缘和钢柱节点核心区腹板的相对强弱。一般设计中所